第十章-气相沉积.ppt

一 概述二 物理气相沉积 PVD 三 化学气相沉积 CVD 第十章气相沉积技术 主要内容 一 概述 定义真空 物理 化学 气态分子 原子 沉积 覆盖层 返回 目的超硬 耐蚀 耐高温 耐氧化 功能性 装饰性如 高速钢刀具表面沉积TiN 使用寿命 2 10倍 分类主要分两大类 PVD CVD 辉光放电 弧光放电 电子束 离子束 激光 等离子体等 提供能量高 种类多的离子 电子或中性粒子 加速化学反应过程或物理过程 提高附着力 提高沉积质量 第十章气相沉积技术 第十章气相沉积技术 二 物理气相沉积 PVD 真空 物理过程 沉积金属 非金属及化合物 薄膜 镀材 靶料 气化 气相运输 沉积成膜基材 镀前处理 真空排气 烘烤 离子轰击 沉积 冷却 出炉 工艺过程 镀前处理 工艺表面要求清洁 无任何杂质才能提高结合力 真空 尽量减少氧含量 减少生成氧化物的量 10 2 10 3Pa 烘烤 基体温度 反应所需激活能和增加相互扩散能力 预轰击净化 用Ar离子轰击表面 将吸附气体原子 杂质原子轰掉 露出新鲜表面 物理气相沉积 PVD 分类 真空蒸镀 包括电阻加热 电子束加热 激光加热 高频感应加热离子镀 包括辉光放电离子镀 弧光放电离子镀 感应加热离子镀 活化蒸发离子镀溅射镀 包括二极溅射 三极溅射 四极溅射 磁控溅射 射频溅射 离子束溅射 特点 镀膜材料广泛 易氧化 高熔点材料镀 化合物层界面清洁 一般都用Ar溅射致密 结合力好可沉积各种类型的薄膜基材温度低 500 变形小 物理气相沉积 PVD 真空蒸镀 物理气相沉积 PVD 真空蒸镀 物理气相沉积 PVD 原理当P P饱和蒸发 饱和蒸汽压是温度的函数 10 3 10 2Pa 将材料加热 使其蒸发 遇到器壁凝固蒸发源电阻加热 电子束 激光束成膜过程低气压 大电流 蒸发 传输 形核 长大 成膜 装饰性 在塑料上蒸镀铝后染色 塑料金属化纺织物中的闪亮的彩色丝也使镀铝后变色的塑料丝 包装塑料薄膜上蒸镀铝 装饰和防潮作用 食品 香烟 服装 礼品的包 光学膜 手表玻璃和手机视窗玻璃 镀铬为银白色 镀金为金色 汽车后视镜 反光镜 镜面发射 真空蒸镀 物理气相沉积 PVD 应用 蒸气原子动能低 基材需加热 由于有方向性 结合力低 主要问题 离子镀 物理气相沉积 PVD 原理基材与坩埚之间加电压 Ar产生辉光放电 在辉光放电空间形成等离子体 使蒸气原子电离为正离子 在阴极表面被加速 直流二极型离子镀 特点优点 离子能量高 膜基界面形成较宽的伪扩散层 膜层附着力强 缺点 对基板损伤大 基板温度高 设备结构复杂 投资大 操作繁琐 发展 多弧离子镀技术 离子镀 物理气相沉积 PVD 离子镀 物理气相沉积 PVD 应用特别适合于沉积硬质薄膜 广泛用于刀具 模具 铸模 注塑模 磁粉成型模 抗磨零件 常用膜系 TiN ZrN HfN TiC Al2O3等 类金刚石 DLC TiBi2被镀基材 高速钢 模具钢 硬质合金钢等膜厚 2 5 5微米固体润滑膜 低摩擦系数的MoS2 掺金属的类金刚石膜 溅射镀 物理气相沉积 PVD 原理利用离子轰击溅射原子沉积在被镀表面 磁控溅射 特点a 镀膜层粒子的能量比蒸发镀高1 10eV 比离子镀低 附着力较强 而对基板损伤小b 靶材可以是纯金属 化合物 可以沉积c 多靶系统 制作复合膜 溅射镀 物理气相沉积 PVD 溅射镀 物理气相沉积 PVD 阳光控制膜高层建筑外墙广泛采用幕墙玻璃 基本功能是使阳光中可见光的部分通过 而红外线和远红外线的部分反射 可见光部分对室内采光是必要的 红外线部分的热能辐射能使室内温度升高 在有中央空调的高层建筑 采用阳光控制膜玻璃 可以让空调能耗至少节约1 3以上 色调鲜艳 有美化建筑的作用 阳光控制膜一般三层 第一层是化合物膜层 SnO2 TiN 由于膜厚不同 显示不同颜色 第二层 金属薄膜层 Cr Cu Ti Ag 不锈钢 调整透光率和反射率 第三层 保护层 TiO2 防止膜层在环境条件下的变质和划伤 液晶显示器 ITO 氧化铟锡 透明导电膜玻璃是液晶显示器的基础材料 应用 返回 化学气相沉积 CVD 第十章气相沉积技术 在一定温度下 混合气体与基体的表面相互作用 使混合气体中的某些成分分解 在基体上形成金属或化合物的薄膜或镀层 原理 一般过程 以形成TiN的工艺过程为例 化学气相沉积 CVD 第十章气相沉积技术 初始气源 源物质 加热反应室 废气处理排放系统 基本组成 初始气源 源物质 惰性气体 N2 Ar 还原气体 H2 各种反应气 CH4 CO2 H2O NH3 Cl2固态金属 化合物转化成气体 加热反应900 2000 金属有机化合物分解 500 800 更低 等离子体辅助PACVD 等离子体增强PECVD 激光LCVD 排放系统废气处理 去除有害成分 去除固体颗粒 化学气相沉积 CVD 优点便于制备各种单质 化合物 复合材料 梯度沉积层适合涂镀各种复杂形状的部件 盲孔 沟 槽的工件温度高 涂镀层与基体结合力强缺点温度高 需后续热处理 工件变形大对于钢材不合适 在 800 时 可能发生相变 膨胀系数的差别产生应力 基体与HCl气体反应 一般采用先沉积Ni保护 所以对于钢材 700 适用于石墨 Mo 陶瓷等沉积速率低废气有毒 腐蚀设备 污染环境 如HCl 特点 化学气相沉积 CVD 应用 制取材料制备难熔材料的粉末和晶须复合材料提高强韧性 陶瓷增韧 SiC增强等 Si3N4 TiC Al2O3 TiN Cr3C